采用合成的同步信号的局部放电检测系统和方法专利检索-压电变压器变压器和转换设备专利检索查询-专利查询网

采用合成的同步 信号的局部放电检测系统和方法

阅读：1029发布：2020-07-16

专利汇可以提供采用合成的同步信号的局部放电检测系统和方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种局部放电检测系统(1000)，包括局部放电获取和处理设备(400)，该局部放电获取和处理设备包括：局部放电检测设备(401)，被配置为根据第一电气对象(100)所生成的局部放电脉冲来提供检测到的局部放电电气信号 (SPD1)；第一通信模块 (407)，被配置为接收检测到的同步信号，所述检测到的同步信号承载与第二电气对象(103)的供电电压 (VAC)相关联的检测到的同步相位值(φACtn)和对应的参考时间值(tn)。所述局部放电检测系统还包括：相位值生成器(11)，被配置为产生表示合成同步信号(Ssyn1)的合成相位值(φSYNtn)，所述相位值生成器(11)是根据相位误差可调节的；误差计算模块(9)，被配置为根据合成相位值(φSYNtn)、检测到的同步相位值(φACtn)和对应的参考时间值(tn)来计算相位误差(εti)。，下面是采用合成的同步信号的局部放电检测系统和方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种局部放电检测系统(1000)，包括：
局部放电获取和处理设备(400)，包括：
局部放电检测设备(401)，被配置为根据第一电气对象(100)所生成的局部放电脉冲来提供检测到的局部放电电气信号(SPD1)；
第一通信模块(407)，被配置为接收检测到的同步信号，所述检测到的同步信号承载与第二电气对象(103)的供电电压(VAC)相关联的检测到的同步相位值(φACtn)和对应的参考时间值(tn)；
相位值生成器(11)，被配置为产生表示合成同步信号(Ssyn1)的合成相位值(φSYNtn)，所述相位值生成器(11)是根据相位误差(εti)可调节的；
误差计算模块(9)，被配置为根据合成相位值(φSYNtn)、检测到的同步相位值(φACtn)和对应的参考时间值(tn)来计算所述相位误差(εti)。
2.如权利要求1所述的检测系统，其中：
所述误差计算模块(9)被配置为根据比较值以及与过去的参考时间值(tj)相关联的过去的检测到的同步相位值(φACtj)来计算当前相位误差(εti)；并且
其中，所述局部放电获取和处理设备(400)还包括：
时间移位器模块(12)，被配置为在所述合成相位值(φSYNtn)当中选择在所述过去的参考时间值(tj)处生成的过去的合成相位值(φSYNtj)，并将所述过去的合成相位值作为比较值提供给所述误差计算模块(9)。
3.如权利要求1所述的检测系统，还包括同步检测装置(200)，该同步检测装置包括：
传感器模块(201)，用于将所述供电电压(VAC)转换成转换后的电气信号；
同步处理模块(204、203)，被构造为接收所述转换后的电气信号，并通过将所述检测到的同步相位值(φACtn)与对应的参考时间值相关联来生成所述检测到的同步信号；
第二通信模块(207)，被配置为沿着能够连接到所述第一通信模块(407)的通信网络(NTW)发送所述检测到的同步信号。
4.如权利要求3所述的检测系统，还包括：
时间参考源(800；850；900)，被构造为向所述局部放电获取和处理设备(400)以及所述同步检测装置(200)提供时间参考信号，以生成所述参考时间值(tn)。
5.如权利要求4所述的检测系统，其中，所述时间参考源是以下源中的一个：GPS时间源、稳定振荡器时间源、IEEE 1588网络时间源。
6.如权利要求2所述的检测系统，其中，所述局部放电获取和处理设备(400)被放置得远离所述第二电气对象(103)。
7.如权利要求2所述的检测系统，其中，所述局部放电获取和处理设备(400)包括：
获取设备(403)，被配置为对所述检测到的局部放电电气信号(SPD1)进行处理，并提供局部放电振幅值(APDn)。
8.如权利要求3所述的检测系统，其中：
所述传感器模块(201)是以下设备中的一个：电压互感器、电容耦合器。
9.如权利要求1所述的检测系统，其中，所述局部放电检测设备(401)是以下传感器中的一个：接触传感器、非接触传感器、Rogowsky传感器、耦合器变压器类型磁传感器、磁场接近传感器、声学传感器、压电传感器、天线传感器。
10.如权利要求7所述的检测系统，其中：
所述局部放电获取和处理设备(400)包括第一本地时钟生成器(404)，所述第一本地时钟生成器被配置为根据时间参考信号产生用于同步所述获取设备(403)的定时信号；
同步检测装置(200)包括第二本地时钟生成器(205)，所述第二本地时钟生成器被配置为根据所述时间参考信号产生所述参考时间值(tn)。
11.如权利要求7所述的检测系统，还包括：
显示器(300)，连接到所述局部放电获取和处理设备(400)，并被配置为将所述局部放电振幅值(APDn)显示在对应的合成相位值(φSYNtn)处。
12.如权利要求1所述的检测系统，其中，所述局部放电获取和处理设备(400)还包括：
滤波模块(10)，被配置为对所述相位误差进行滤波，从而减少可调节的相位值生成器(11)所产生的合成相位值(φSYNtn)中的相位突变。
13.如权利要求1所述的检测系统，其中，可调节的相位值生成器(11)被配置为生成具有所述供电电压(VAC)的频率的周期性数字波形。
14.如权利要求13所述的检测系统，其中，可调节的相位值生成器(11)是直接数字合成器(DDS)，被配置为生成具有0.01Hz到10KHz范围内的频率的信号。
15.如权利要求3所述的检测系统，其中，所述通信网络(NTW)是以下网络中的至少一个：分组网络、LAN(局域网)、WAN(广域网)、以太网、WiFi、GSM(全球移动通信系统)/3G网络。
16.如权利要求3所述的检测系统，其中：
所述同步检测装置(200)被构造为传输承载检测到的同步振幅值(AACtn)的检测到的同步信号，所述检测到的同步振幅值表示供电电压并且与检测到的同步相位值(φACtn)和所述参考时间值(tn)相关联；
所述局部放电获取和处理设备(400)被配置为通过对检测到的同步振幅值(AACtn)的插值，根据所述检测到的同步信号来生成重构的同步信号(Sint)。
17.一种局部放电检测方法，包括在第一处理装置(400)处：
检测第一电气对象(100)所生成的局部放电脉冲，并提供检测到的局部放电电气信号(SPD1)；
接收检测到的同步信号，所述检测到的同步信号承载与第二电气对象(103)的供电电压(VAC)相关联的检测到的同步相位值(φACtn)和对应的参考时间值(tn)；
生成表示合成同步信号(Ssyn1)的多个合成相位值(φSYNtn)；
根据合成相位值(φSYNtn)、检测到的同步相位值(φACtn)和对应的参考时间值(tn)来计算相位误差(εti)；
根据相位误差(εti)来调节所述多个合成相位值(φSYNtn)的相位。
18.如权利要求17所述的检测方法，包括：
在所述多个合成相位值(φSYNtn)当中选择在所述过去的参考时间值(tj)处生成的过去的合成相位值(φSYNtj)；并且其中
计算所述相位误差(εti)包括：在当前时间(ti)处，根据所述过去的合成相位值(φSYNtj)和与过去的参考时间值(tj)相关联的过去的检测到的同步相位值(φACtj)来计算当前相位误差(εti)。
19.如权利要求17所述的检测方法，包括在第二处理装置(200)处：
将所述供电电压(VAC)转换成转换后的电气信号；
接收所述转换后的电气信号，并通过将所述检测到的同步相位值(φACtn)与对应的参考时间值相关联来生成所述检测到的同步信号；
沿着通信网络(NTW)向所述处理装置(400)传输所述检测到的同步信号。
20.如权利要求17所述的检测方法，包括：
处理所述检测到的局部放电电气信号(SPD1)，并提供局部放电振幅值(APDn)；
将所述局部放电振幅值(APDn)显示在对应的合成相位值(φSYNtn)处。

说明书全文

采用合成的同步信号的局部放电检测系统和方法

技术领域

[0001] 本发明涉及局部放电检测系统，并且具体地涉及用于检测与供电电压同步的局部放电脉冲的系统。

背景技术

[0002] 局部放电检测特别用于识别和测量电气组件和装置中的局部放电，该电气组件和装置诸如：中压、高压或超高压线缆，线缆接头，架空线绝缘子，中压和高压配电箱，使用GIS(气体绝缘开关设备)的高压和超高压线缆，变电站，变压器，电机。

[0003] 术语局部放电旨在表示在电组件具有各种类型的缺陷时在电组件的电介质(绝缘)材料中出现的不期望的电荷复合(recombination)，这最终导致电介质损坏。这里，在电介质材料的多个部分中生成脉冲电流，并且脉冲电流使得电磁波通过相关电系统的电力线缆或接地线缆进行传播，并通过各种周围介质(电介质材料、金属、空气等)进行辐射。

[0004] 为了对AC(交流)电气组件执行局部放电测量，重要的是要具有相位参考信号，即，在相位和频率上与为该电气组件供电的AC电压同步的信号。通过对局部放电脉冲的最大振幅相对于这些局部放电脉冲出现时的供电电压的相位进行绘图来获得有用的诊断图。

[0005] 在一些情况中，感测AC供电电压以获得其相位角度意味着使用必须连接到受测组件的特定传感器。这种操作一般需要组件与其电源断开连接(切断电源)，并随后重新连接：这种操作通常是不切实际的，具有较高的间接成本，并且在许多情况下根本无法进行。

[0006] 文献WO-A-2009-150627尤其描述了一种小尺寸的、完全绝缘的且自供电的局部放电检测设备，该设备允许在不需要直接连接到被检查的系统的情况下以最高安全性执行测量。该设备包括宽带天线，该宽带天线适于充当电场传感器并且包括第一平面导体(即，地平面)，该第一平面导体与第二导体配合，第二导体的轮廓朝向第一平面导体聚拢在一个点或一条线处。这种局部放电检测设备还可以检测同步信号，该同步信号是通过拾取放电生成组件的供电电压而获得的。

[0007] 存在如下实际的状况，在该状况下，对局部放电生成组件的供电电压的检测不能对局部放电生成组件以接触技术和非接触技术来执行，而是必须对另一电气组件执行并且远离受测组件。

[0008] 文献JP-A-6-11534公开了一种局部放电测量系统，其包括在电力线缆处提供的螺管线圈检测部分，其中电力线缆铺设在地下人孔(manhole)内部的管道系统中，局部放电检测部分检测输出信号，并且然后检测信号传输部分将检测信号传输到人孔盖(manhole lid)的天线。DC调节电源通过变压器从线缆接收电力，该变压器用于接收电力供应。从传输终端侧变电站在移动电话的电波上传输线缆的施加电压相位信息，传输终端侧变电站配备有电压互感器。在人孔盖附近提供的局部电压和施加电压相位接收设备配备有无线电气信号接收部分和电话信号接收天线，获得受测电力线缆的局部放电气信号以及施加电压相位信息信号，并且随后在施加电压相位作为参数的情况下分析局部放电脉冲。

[0009] 文献JP200307551描述了一种技术，根据该技术，在局部放电气信号检测部分处以及在施加电压信号检测部分处接收具有GPS卫星所发送的时间信号的无线电波。对由施加电压信号检测部分和由局部放电气信号检测部分检测到的信号以及该时间信号进行记录。

发明内容

[0010] 申请人发现同步信号检测装置对于使得局部放电检测以对受测电对象进行供电的电压的相位为参考是必要的。在一些实例中，相对于检测局部放电脉冲的装置远程地执行对AC供电电压的检测，并且向局部放电气信号装置传输检测到的AC供电电压。对检测到的AC供电电压的这种传输使得难以有效地实现两个检测到的信号之间的同步，原因在于远程检测到的同步信号(与AC供电电压相对应)在有时间延迟的情况下到达局部放电装置，这不允许与检测到的局部放电气信号进行实时同步。

[0011] 申请人发现对远程检测到的AC电压的图案进行重现的合成相位数据可以用来将检测到的局部放电气信号与AC供电电压的相位角度进行同步，条件是基于远程电气AC电压的采样对合成相位进行调节。

[0012] 根据第一方面，本发明涉及一种局部放电检测系统，包括局部放电获取和处理设备，该局部放电获取和处理设备包括：

[0013] 局部放电检测设备，被配置为根据第一电气对象所生成的局部放电脉冲来提供检测到的局部放电电气信号；

[0014] 第一通信模块，被配置为接收检测到的同步信号，所述检测到的同步信号承载与第二电气对象的供电电压相关联的检测到的同步相位值以及对应的参考时间值；

[0015] 相位值生成器，被配置为产生合成相位值，所述合成相位值表示合成同步信号，所述相位值生成器是可根据相位误差进行调节的；

[0016] 误差计算模块，被配置为根据所述合成相位值、所述检测到的同步相位值和所述对应的参考时间值来计算所述相位误差。

[0017] 在本发明的实施例中，所述误差计算模块被配置为根据与过去的参考时间值相关联的过去的检测到的同步相位值以及比较值来计算当前的相位误差。所述局部放电获取和处理设备还包括：时间移位器模块，被配置为在所述合成相位值当中选择在所述过去的参考时间值处生成的过去的合成相位值，并将所述过去的合成相位值作为比较值提供给所述误差计算模块。

[0018] 在本发明的实施例中，所述局部放电检测系统还包括同步检测装置，所述同步检测装置包括：

[0019] 传感器模块，用于将供电电压转换成转换后的电气信号；

[0020] 同步处理模块，被构造为接收所述转换后的电气信号，并通过将所述检测到的同步相位值与所述对应的参考时间值进行关联来生成所述检测到的同步信号；

[0021] 第二通信模块，被配置为沿着可连接到所述第一通信模块的通信网络传输所述检测到的同步信号。

[0022] 在本发明的实施例中，局部放电检测系统还包括时间参考源，该时间参考源被构造为向局部放电获取和处理设备以及同步检测装置提供时间参考信号，以生成所述参考时间值。所述时间参考源可以是以下源中的一个：GPS(全球定位系统)时间源、稳定振荡器时间源、IEEE 1588网络时间源。

[0023] 在本发明的实施例中，局部放电获取和处理设备被放置到远离第二电气对象的位置。局部放电获取和处理设备包括：获取设备，被配置为处理检测到的局部放电电气信号，并提供局部放电振幅。

[0024] 根据特定的实施例，同步检测装置的传感器模块是以下设备中的一个：电压互感器、电容耦合器。局部放电检测设备可以是以下传感器中的一个：接触传感器、非接触传感器、Rogowsky传感器、耦合器变压器类型磁传感器、磁场接近传感器、声学传感器、压电传感器、天线传感器。

[0025] 在本发明的实施例中，局部放电获取和处理设备还包括第一本地时钟生成器，该第一本地时钟生成器被配置为根据时间参考信号产生用于同步获取设备的定时信号，并且同步检测装置包括第二本地时钟生成器，该第二本地时钟生成器被配置为根据时间参考信号产生所述参考时间值。

[0026] 在本发明的实施例中，局部放电检测系统还包括显示器，该显示器连接到局部放电获取和处理设备，并且被配置为将所述局部放电振幅值显示在对应的合成相位值处。在特定的实施例中，局部放电获取和处理设备还包括滤波模块，其被配置为对相位误差进行滤波，从而减少相位值生成器所产生的合成相位值中的相位突变。

[0027] 根据实施例，可调节的相位值生成器被配置为生成具有所述供电电压的频率的周期性数字波形，并且具体地，相位值生成器是直接数字合成器(DDS)，该DDS被配置为生成具有0.01Hz到10KHz范围内的频率的信号。

[0028] 通信网络(NTW)可以是以下网络中的至少一个：分组网络、LAN(局域网)、WAN(广域网)、以太网、WiFi、GSM(全球移动通信系统)/3G网络。

[0029] 根据第二方面，本发明涉及一种局部放电检测方法，该方法包括在第一处理装置处：

[0030] 检测第一电气对象所生成的局部放电脉冲，并提供检测到的局部放电电气信号；

[0031] 接收检测到的同步信号，所述检测到的同步信号承载与第二电气对象的供电电压相关联的检测到的同步相位值和对应的参考时间值；

[0032] 生成表示合成同步信号的多个合成相位值；

[0033] 根据所述合成相位值、所述检测到的同步相位值和所述对应的参考时间值来计算相位误差；

[0034] 根据所述相位误差来调节所述多个合成相位值的相位。

[0035] 根据特定的实施例，所述检测方法还包括：在所述多个合成相位值当中选择在所述过去的参考时间值处生成的过去的合成相位值；其中，计算所述相位误差包括：在当前时间处，根据与过去的参考时间值相关联的过去的检测到的同步相位值以及所述过去的合成相位值来计算当前相位误差。

[0036] 在本发明的实施例中，所述检测方法包括在第二处理装置处：

[0037] 将所述供电电压转换成转换后的电气信号；

[0038] 接收所述转换后的电气信号，并通过将检测到的同步相位值与对应的参考时间值进行关联来生成所述检测到的同步信号；

[0039] 沿着通信网络向所述处理装置传输所述检测到的同步信号。

[0040] 根据特定的实施例，所述检测方法还包括：

[0041] 处理所述检测到的局部放电电气信号，并提供局部放电振幅值；

[0042] 将所述局部放电振幅值显示在相应的合成相位值处。附图说明

[0043] 参考附图，根据以下以示例的方式对优选实施例及其替代方案的描述，其它特性和优点将变得更加清楚，在附图中：

[0044] 图1示出了包括局部放电获取和可视化装置以及同步检测装置的局部放电检测系统的例子；

[0045] 图2示出了包括在所述局部放电获取和可视化装置中的获取和处理设备的实施例；

[0046] 图3示出了包括在图2的获取和处理设备中的受控频率合成器的实施例；

[0047] 图4示出了包括在图1的局部放电获取和可视化装置中的显示器的例子；

[0048] 图5a示出了从图3的受控频率合成器生成的同步合成信号的趋势的例子；

[0049] 图5b示出了重构的同步合成信号的例子；

[0050] 图6是与合成信号同步的检测到的局部放电采样的绘图。

具体实施方式

[0051] 在以下描述中，当在不同的附图中描绘类似的示例性元件时，相同的字母数字标记用于这些类似的示例性元件。图1示出了局部放电检测系统1000，其包括第一电气对象100以及至少一个局部放电获取和可视化装置500，局部放电获取和可视化装置500包括获取和处理设备400以及显示器300(DYS-DEV)。局部放电获取和可视化装置500是可用于检测、测量和/或分析电气源(如电气对象100本身)所生成的局部放电的电子装置。获取和处理设备400可以是便携式的，并且包括一个或多个电池。

[0052] 根据例子，第一电气对象100是将第一电气线缆101与第二电气线缆102接合起来的线缆接头或交联接头(cross bond joint)。第一电气线缆101被供应有AC(交流)电压VAC。通常，AC电压VAC具有包括在1Hz到大约1000Hz之间的频率。线缆接头100可以产生局部放电电磁脉冲信号Sd。

[0053] 局部放电检测系统1000还示出了第二电气对象103和至少一个同步检测装置200。同步检测装置200可以是便携式的，并且包括一个或多个电池。作为例子，第二电气对象103是另一电气线缆，或者中压或高压终端(MV/HV终端)，其连接到传输或分布电气网络，传输或分布电气网络还连接到第一电气对象100。因此，向第二电气对象103供应的AC电压VAC具有与供应给第一电气对象100的AC电压相同的时间上的特性(即，正弦曲线形状、频率和相位)。第二电气对象103可以适于产生并辐射第一电磁信号SES1，该第一电磁信号是由AC电压VAC生成的并且是与AC电压VAC同步的。同步检测装置200被配置为检测供应给第二电气对象
103的AC电压VAC，并生成要提供给局部放电获取和可视化装置500的表示AC电压VAC的相应数字数据。特别地，同步检测装置200以及局部放电获取和可视化装置500彼此远离。作为例子，同步检测装置200与局部放电获取和可视化装置500相距的距离可以被包括在1m到
1000km的范围内。

[0054] 在图1中还表示了时间参考源800(TM-REF)，具体地，时间参考源800在局部放电获取和可视化装置500以及同步检测装置200的外部。外部时间参考源800是可以在不同且遥远的地理位置中在基本上没有斜移或漂移的情况下访问的精确绝对时间源。根据第一且优选的实施例，时间源800是GPS(全球定位系统)或其它卫星定位系统(诸如作为例子，GLONASS和GALILEO)的时间源，时间源800发出时间参考信号STM。GPS系统具有大约为10ns的理论上的精度，并且是全世界可用的，此外，GPS系统相对便宜。GPS接收器提供包含通用日期和时间(UTC)的文本串以及每秒的脉冲信号(称为1PPS)，该脉冲信号具有置于通用秒的准确开始处的上升沿。同样如下文所描述的那样，局部放电获取和可视化装置500以及同步检测装置200配备有相应的GPS接收器。利用卫星定位系统可实现的总精度远远低于1μs，考虑到针对50Hz信号1μs与0.018°的角度相对应，针对60Hz信号1μs与0.002°的角度相对应，因此这是一个非常好的分辨率。

[0055] 根据另一个实施例，时间参考源800可以是计算机网络，其定义用于同步该网络的计算机/设备的同步时间信号。作为例子，时间参考源800与符合IEEE 1588的网络相关联。该标准以及相关联的系统允许连接到同一网络的设备之间的精确同步(也低于1μs)。这一般应用于有线局域网(LAN)，但是也可以在性能稍微下降的情况下用在更广的网络上。在GPS信号不可用时，使用IEEE 1588的方法可以是优选的同步方法。IEEE 1588网络还可以有利地用作与GPS时间参考源800相结合的附加时间参考源850，例如，用于在地下位置中带来时间信号。在这些情况中，GPS同步信号连接到IEEE 1588本地网络850以用于将它与通用时间同步，并且该网络用于将该信号没有时间斜移地传送到要同步的设备。要注意的是，可以在光纤链路上有利地实现IEEE 1588或类似的简化协议，光纤链路可以容易地跨越几十千米。

[0056] 根据第三实施例(其可以用在短距离和短时间内)，时间参考源800可以包括被包含到局部放电获取和可视化装置500内的稳定振荡器以及被包含到同步检测装置200内的另一稳定振荡器，这两个稳定振荡器是在执行PD信号和同步信号的测量之前被同步的。这两个稳定振荡器也可以用作附加的时间参考源900。

[0057] 现在参考同步检测装置200，其包括传感器模块201和同步处理模块202。作为例子，传感器模块201包括一个或多个电压传感器，诸如电压互感器或电容耦合器。具体地，传感器模块201可以包括三个电压传感器，每一个电压传感器连接到第二电气对象103的电气相位之一。传感器模块201被配置为提供表示AC电压VAC的至少一个电气信号SVAC。

[0058] 根据所描述的例子，同步处理模块202包括采样设备203(SAMPL)、控制单元204(CU)、第一本地时钟205(LCK)、第一本地存储模块206(LST)以及第一网络接口模块207(INT-NW)。采样设备203被配置为用适当的频率(优选地比供应给第二电气对象103的AC电压VAC的频率的100倍大)对电气信号SVAC进行采样(因此获得至少1度的相位分辨率)，并生成数字信号。

[0059] 具体地，控制单元204通过处理模块被配置为对承载采样数据的数字信号进行处理，以精确地检测电气信号SVAC的过零交叉和周期。具体地，控制单元204被配置为确定检测到的同步相位值φACtn的列表，即电气信号SVAC的相位值并因此与AC电压VAC的相位值相对应。根据特定的实施例，控制单元204所执行的处理还可以执行低通滤波或带通滤波以移除谐波或噪声。

[0060] 第一本地时钟205被构造为向控制单元204提供表示当前时间值tn的数字数据(下文称为“时间戳”)。根据所描述的实施例，第一本地时钟205是精确的时钟，并且可以被实现为以包括到1MHz-100MHz范围内(作为例子)的频率运行的数字计数器，并且与时间参考源800同步。如果时间参考源800是GPS源，那么第一本地时钟205连接到GPS接收器(在图中未示出)，以提取将用于同步第一本地时钟205的时间参考信号STM。

[0061] 第一本地时钟205优选地包括慢计时器和快计时器。慢计时器通常是32位宽，并且以秒为单位进行计数，并包含被编码为从给定时间点起的秒数的日期和时间。具体地，采用Unix时间点(1970年1月1日)，但是其它也是可能的，这依赖于所使用的时间参考。快计时器也是一种计数器，通常是32位宽，其以非常快的速率(一般从几纳秒(例如5-10ns)到100ns)递增，并且用于测量一秒的一部分。慢计数器是通过快计数器的溢出而递增的，即，一旦快计数器的增量的和达到1秒(例如10,000,000(以100ns为递增单位))，快计数器就被重置，而慢计数器递增1。优选地，第一本地时钟205由显示短期稳定性的本地石英晶体振荡器计时。这意味着第一本地时钟205能够相对于时间参考源800持续若干秒或若干分钟保持正确的时间。为了获得更好的精度，可以根据时间参考源800所提供的时间参考信号STM来周期性地(例如每1秒或2秒一次)调节时钟。还观察到控制单元204被配置为将每个检测到的同步相位值φACtn与第一本地时钟205所提供的相应时间戳tn关联。

[0062] 第一本地存储模块206被构造为将(通常在从每周期几个到每秒几个的范围内的)采样数据的子集与其相关联的时间戳存储在一起。具体地，第一本地存储模块206被配置为存储检测到的同步相位值φACtn、它们的时间戳tn以及可选地AC电压的即时振幅值。第一本地存储模块206还允许后续对所存储的数据进行检索。

[0063] 第一网络接口模块207被配置为将同步检测装置200连接到计算机网络NTW，计算机网络NTW诸如分组网络、LAN(局域网)或WAN(广域网)网络。第一网络接口207可以是以太网、WiFi或GSM/3G调制解调器。具体地，第一网络接口模块207可以被构造为允许同步检测装置200充当服务器，以便被远程地请求以发起针对一个可用输入的数据流，或者发送所存储的数据。对于数据流式传输而言，优选地采用UDP协议。

[0064] 根据另一实施例，同步检测装置200可以是用于执行所需要的数据获取的商用同步相量测量装置(synchrophasor)，而流式传输和存储数据可以用特定的附加电路(add-on circuit)来执行。同步相量测量装置以规则的采样间隔提供线路上的电压和电流的相位和振幅信息，规则的采样间隔与全局时间参考同步。根据IEEE 1344标准(以及即将出现的版本)，这样的同步相量测量装置还应当以1μs以下的误差为特征。

[0065] 根据所描述的实施例，获取和处理设备400(图1)包括局部放电传感器401、接收模块402(REC-M)、获取设备403(ACQ)、第二本地时钟404(LCK)、受控频率合成器405(FSYN)、第二本地存储模块406(LST)以及第二网络接口模块407(INT-NW)。

[0066] 局部放电传感器401适于检测放电气信号Sd，并将Sd转换成在第一输出端1上可获得的接收到的电气信号Sin(例如电流)。局部放电传感器401可以是接触传感器或非接触传感器。接触传感器被放置得与第一电气装置100接触或接近，而非接触或无线传感器适于执行远程检测，即不具有将源和传感器设备连接起来的线或线缆，并且不具有物理接触。作为例子，远程检测可以在与信号源相距1cm到10m处执行。接触传感器的例子是Rogowsky传感器以及耦合器变压器类型的磁传感器。非接触传感器的例子是磁场接近传感器、声学传感器和压电传感器。

[0067] 根据图1中所示的实施例，局部放电传感器401包括天线408，作为例子，天线408可以安装在支撑结构409上。作为进一步的例子，天线408可以是以下天线中的一个：小贴片天线、环形天线、偶极且超带宽天线。优选地，天线408是球形的，并且包括由导电材料(诸如例如金属或聚合物材料)制成的中空球体。作为例子，球形天线408示出包括在3cm与30cm之间的直径，优选地包括在5cm与20cm之间的直径。具体地，天线408可以类似于在专利申请WO-A-2009-150627中描述的天线。观察到局部放电传感器401还可以包括被配置用于检测AC电压的传感器。

[0068] 接收模块402被配置为对接收到的电气信号Sin执行滤波和放大，并因此产生要供应给获取设备403的第一局部放电气信号SPD1。获取设备403被配置为对接收到的电气信号Sin执行获取处理步骤，并将局部放电脉冲与AC电压VAC进行同步。

[0069] 在图2中示出了接收模块402和获取设备403的特定例子。接收模块402被构造成模拟前端模块，并且包括高通滤波模块2和第一放大器3。针对接收到的电气信号Sin，高通滤波模块2示出了连接到第一输出端子1的相应输入端，并且被构造为移除低频噪声，该低频噪声诸如具有低于0.1MHz的频率的信号。作为例子，高通滤波模块2可以包括连接到电阻器R1的电容器C1。

[0070] 高通滤波模块2的输出端连接到第一放大器3，第一放大器3具有用于提供第一局部放电气信号SPD1的第二输出端子6。作为例子，另一滤波器(诸如带通、带阻或低通滤波器(未示出))可以连接到高通滤波模块2的输出端，以获得具有期望特性的总带通频率响应。第一放大器3配备有用于供电电压V1的第一电源端子4以及连接到接地端子GND的第二电源端。作为例子，第一放大器3示出了至少包括天线408的带宽的带宽，诸如作为例子，在从
0.1MHz到100MHz范围内的带宽。

[0071] 第二本地存储模块406(诸如RAM(随机存取存储器))被构造为存储从同步检测装置200接收到的数据以及获取设备403所提供的数据。第二本地时钟404和第二网络接口407可以分别类似于第一本地时钟205和第一网络接口207。具体地，如果时间参考源800是GPS源，那么第二本地时钟404连接到GPS接收器(在图中未示出)，以提取将用于同步第二本地时钟404的时间参考信号STM。

[0072] 第二网络接口407和第一网络接口207允许获取和处理设备400与同步检测装置200经由网络NTW进行通信。

[0073] 受控频率合成器405被构造为根据同步检测装置200所接收到的数据生成多个合成相位值，所述合成相位值表示在分析检测到的局部放电脉冲并对其绘图时要被局部放电获取和可视化装置500使用的合成同步信号Ssyn1。将参考图3描述受控频率合成器405的特定实施例。

[0074] 在图2中示意性示出的获取设备403包括转换模块410和数字处理模块411。转换模块410包括可选的宽带可编程放大器7，其具有连接到第二输出端子6的输入端以及连接到模拟到数字转换器8(ADC)的相应输出端。数字处理模块411(作为例子是现场可编程门阵列(FPGA))被构造为控制宽带可编程放大器7，并从模拟到数字转换器8接收数据。宽带可编程放大器7可以被编程为通过数字处理模块411所提供的偏移信号Soff和增益信号Sga来向第一局部放电气信号SPD1给予偏移值和放大增益值，从而产生放大的输出信号Saout。

[0075] 作为例子，宽带可编程放大器7允许范围从大约-5dB到+40dB的连续增益变化。模拟到数字转换器8被构造为由数字处理模块411所生成的时钟信号CK来同步，并生成要发送给数字处理模块411的数字转换数据DTA。作为例子，模拟到数字转换器8能够以8位的分辨率每秒转换250兆的采样。这种采样频率允许以4ns的时间分辨率来获取第一局部放电气信号SPD1。观察到大部分的局部放电脉冲通常比0.5μs长，获取设备403允许获取脉冲波形，并用包括在64与512之间的采样个数来表示脉冲波形。

[0076] 此外，根据例子，数字处理模块411包括：处理单元412(PU)、输入/输出端口413、触发器模块414(TRM)、地址生成器415(ADD-GEN)、提取模块416(EXTR)。输入/输出端口413允许将处理单元412所生成的输出命令Comm以偏移信号Soff和增益信号Sga的形式传输到宽带可编程放大器7。地址生成模块415被配置为在处理单元412的控制下生成在第二本地存储模块406中写入新数据以及读取存储在所述第二本地存储模块406中的数据所需要的地址。

[0077] 触发器模块414被配置为仅仅针对模拟到数字转换器8所提供的放大的输出信号Saout中的选择值(诸如例如，仅仅针对振幅(即绝对值)大于阈值水平的正脉冲或负脉冲)触发在第二本地存储模块406中对放大的输出信号Saout的采样进行存储。触发器逻辑模块414可以是在处理单元412的控制下操作并包括一个或多个比较器的逻辑模块，该一个或多个比较器用于将模拟到数字转换器所提供的采样的值与一个或多个阈值进行比较。

[0078] 处理单元412可以被配置为执行将触发器模块414所选择的放大的输出信号Saout的采样与第二本地时钟404所提供的对应时间戳tn一起存储在第二本地存储模块406中。此外，处理单元412被配置为对在第二本地存储模块406中存储可从受控频率合成器405获得的合成同步信号Ssyn1的相位值以及它们的时间戳进行控制。

[0079] 连接到处理单元412的提取模块416(例如，协同处理器)被配置为执行提取，特别是从存储在本地存储模块406中的数据实时提取脉冲特征。协同处理器所提取的可能脉冲特征的例子是：峰值和极性、相位、能量、持续时间和Weibull参数的粗略估计。

[0080] 根据图3中示意性示出的第一实施例，受控频率合成器405是数字模块并包括：相位比较器9(PH-CP)、可选的滤波器模块10(FIL)和振荡器11(OSC)。振荡器11被配置为生成表示合成同步信号Ssyn的合成相位值φSYNtn，并且可根据在其输入端处提供的相位误差εti进行调节。相位比较器9被配置为根据合成相位值φSYNtn、检测到的同步脉冲值φACtn和相应的时间戳tn来计算所述相位误差εti。

[0081] 更详细地，受控频率合成器405配备有输入端13，输入端13用于接收从同步检测装置200获得的输入数据AC-DT(即，检测到的同步相位值φACtn和表示参考时间值的时间戳tn)。振荡器11可以是低频合成器，其被构造为生成形成合成同步信号Ssyn的周期性数字波形。具体地，振荡器11可以是DDS，其被配置为生成具有在0.01Hz到10KHz的范围内的频率的信号。可以根据相位比较器9所提供的结果来对振荡器11所生成的信号的相位和频率进行微调。相位比较器9包括第一输入端和第二输入端，第一输入端连接到输入端13以接收检测到的同步相位值φACtn，第二输入端用于从相位时间移位器12接收比较相位值φSYNtn。此外，相位比较器9被配置为在对应的输出端上提供相位误差值εi，相位误差值被计算为在相位比较器9的输入端处的相位值之间的差。

[0082] 相位时间移位器12被构造为从输入数据AC-DT接收与在当前时间ti.处于相位比较器9的输入端处的检测到的同步相位值φACtj相关联的过去时间值tj。此外，相位时间移位器12适于从合成相位值φSYNtn当中选择在所述过去时间值tj处生成的过去的合成相位值φSYNtj，并向相位比较器9提供选择的所述过去的合成相位值φSYNtj作为比较值。可选的滤波器模块10可以是低通滤波器或积分器，并且被配置为对相位误差值εi进行滤波，从而避免其输出端处的相位突变，并通过产生滤波后的误差值εFi来缓解可能的不定时发生的对AC电压采样的接收。

[0083] 现在参考显示器300(图1和4)，根据特定实施例，显示器300包括以下模块/设备：收发器301(TR)，用于例如经由第二网络接口模块407与获取和处理设备400交换数据/命令；另一处理单元302(PU)；存储器模块303(M)；显示和接口模块304(DYS)，诸如键盘和/或触摸屏。显示器300还允许从获取和处理设备400接收数字数据DS。具体地，数字数据DS包括局部放电振幅值APDn、合成相位值φSYNtn以及时间戳tn。显示器300被构造为产生相位分解图案，在该相位分解图案中，任何局部放电振幅值APDn与适当合成的同步信号Ssyn1的相位值φSYNtn相关联，该适当合成的同步信号与AC电压VAC同步。

[0084] 作为例子，显示器300(作为例子，配备有GUI(图形用户接口))允许显示这种相位分解图案，其中对每个局部放电脉冲的最大振幅相对于对应的相位值进行绘图。根据另一例子，显示器300可以被包括在获取和处理设备400中，并且在处理单元412的控制下进行操作。

[0085] 根据特定实施例，可以采用多个同步检测装置200和多个局部放电获取和可视化装置500来监视特定区域，并且网络NTW可以用于确定所述可用装置的地点，即检索描述所述可用装置的位置、连接类型、能力和网络地址的列表，从而请求数据流式传输的开始。对可用装置的管理可以由中央服务器处理。申请人观察到，电网中的AC电压的相位在一定的地理区域上(多达数十或数千千米)几乎是恒定的，但是可能沿着更宽的区域(地区、国家等)轻微变化。一种方便的方法可以是建立在宽地理区域上分布的固定同步检测装置200的网络。以这种方式，对于位置中的每个局部放电获取和可视化装置500，将存在可用的基本接近的相位数据以供重构同步相位。

[0086] 现在描述局部放电检测系统1000的操作方法的特定例子。同步检测装置200以及局部放电获取和可视化装置500可以同时被激活。传感器模块201(图1)检测与包括到第二电气对象103中的电线中的一个或多个电线相关联的AC电压VAC。采样设备203从检测到的AC电压VAC产生检测到的电压相位的检测到的同步相位值φACtn的列表。保持与外部时间参考源800同步的第一本地时钟205产生时间戳tn。检测到的同步相位值φACtn的列表和对应的时间戳tn被存储在第一本地存储模块206中，以用于将来查找或用于沿着网络NTW传输从而形成通过第一网络接口模块207发送给获取和可视化装置500的数据流DT-STR。

[0087] 优选地，网络NTW实现的流式传输技术(其是单向的、连续的且时间上通常规则的数据传输)显示了延迟<1s，并且因此使得实时同步操作成为可能。术语“实时同步操作”意味着在执行对局部放电脉冲的测量的同时对局部放电图案进行绘图是可能的。

[0088] 沿着网络NTW传输的数据流DT-STR被获取和处理设备400的第二网络接口模块407接收，并且检测到的同步相位值φACtn的列表和对应的时间戳tn被存储在第二本地存储模块406中，以供获取设备403和/或受控频率合成器405使用。参考获取和处理设备400，局部放电传感器401(图2)检测放电气信号Sd，并将其转换成接收到的电气信号Sin，接收模块402对接收到的电气信号Sin进行滤波和放大，从而获得要供应给获取设备403的第一局部放电气信号SPD1，获取设备403提供转换后的数据DTA。

[0089] 将转换后的数据DTA发送给数字处理模块411，并且触发器模块414在转换后的数据DTA当中选择大于阈值水平的局部放电振幅值APDn的列表，并允许它们存储在第二本地存储模块406中。所选择的局部放电振幅值APDn表示局部放电电磁脉冲信号Sd的振幅值。此外，第二本地时钟404可以提供时间戳值tn，每一个时间戳值与可以存储在第二本地存储模块406中的对应的振幅值APDn相关联。

[0090] 受控频率合成器405(图3)接收检测到的同步相位值φACtn和时间戳tn，生成合成的同步信号Ssyn，并提供合成的相位值φSYNtn。具体地，在当前时间ti，受控频率合成器405的输入端13接收具有过去时间戳tj的检测到的同步相位值φACtj。同步检测装置200在时间tj处生成的检测到的同步相位值φACtj在时间ti(其中ti>tj，即由于沿网络NTW的传输造成的延迟之后)到达了受控频率合成器405。

[0091] 要注意的是，与同步检测装置200与获取和处理设备400之间的沿着网络NTW的连接相关联的延迟，对于每个数据分组来说可能是不可预测的且非恒定的，这或者是由于结构化原因(传播延迟、路由等)或者是由于网络协议(流控算法的使用，例如TPC/IP)。这种延迟可能比AC电压VAC的周期大多达一个或两个数量级(即多达数秒)，这种延迟阻止了将进入数据直接用于同步和实时操作，这或者是因为数据(例如，检测到的相位值φACtj)在它到达获取和处理设备400时已经是“旧的”(表示位于过去的百分之几秒的时刻)，或者是因为数据的延迟是不可预测的。

[0092] 参考受控频率合成器405，在当前时间ti，相位时间移位器12在其输入端处接收与过去时间值tj相对应的时间戳，并因此其在合成相位值φSYNtn当中选择在所述过去时间值tj处生成的过去的合成相位值φSYNtj，并将选择的所述过去的合成相位值φSYNtj作为比较值提供给相位比较器9。相位比较器9计算在过去时间tj处检测检测到的相位值φACtj与在相同的过去时间tj处生成的过去的合成相位值φSYNtj之间的差值，并生成当前时间ti的对应的误差相位值εi：

[0093] εi＝φSYNtj-φACtj (1)

[0094] 所计算的误差相位值εi在由滤波器模块10执行滤波之后被供应给振荡器11，以调节所生成的合成相位值φSYNtn。图5a示出了受控频率合成器405对合成同步信号Ssyn所执行的相位调节的例子。更详细地，在图5a中示出了合成同步信号Ssyn的趋势、对应的检测到的相位值φACtn以及局部放电脉冲PD的行为。在第三过去时刻t＝-0.25处，按照公式(1)中那样计算出第三误差ε3，在第二过去时刻t＝-0.11处，计算出比第三误差ε3小的第二相位误差ε2；在第一过去时刻t＝-0.004以及在当前时刻t＝0处，相位误差为零。

[0095] 参考所描述的方法，观察到在不需要估计与网络NTW相关联的任何固定延迟的情况下已经计算出误差相位值εi。还注意到，由于AC电压VAC的频率的相对高的稳定性，即使每秒从同步检测装置200向获取和处理设备400发送少数几个数据值φACtn、tn，这也足以确保AC电压VAC与振荡器11之间的良好相位同步：这允许降低对网络NTW上的数据流的要求(带宽、延迟、完整性、规则性等)，并允许以低质量或低成本的网络连接进行操作(或者有利地利用低质量或低成本的网络连接)。作为例子，网络NTW可以是具有减小的带(例如，56kbps)以及若干秒的延迟的卫星网络。因此，通过将振荡器11用作同步源，一旦获取到局部放电脉冲(即，振幅值APDn)，就立即知道局部放电脉冲相关联的相位(即，合成的相位值φSYNtj)，而独立于任何网络或处理延迟。具体地，在时间戳ti下获取的振幅值APDi与在相同的时间戳ti下生成的合成相位值φSYNti相关联。振幅值APDn和对应的合成相位值φSYNtn的列表被传输到显示器300。显示器300的另一处理单元302对表示对应的合成相位值φSYNtn处的振幅值APDn的图在显示和接口模块304上的可视化进行管理，作为例子如图6所示。可以实时地(即，与振幅值APDn的获取同时)进行这种可视化。根据另一实施例，不实时地执行可视化：例如，可以将振幅值APDn的列表与对应的检测到的同步相位值φACtn和时间戳tn一起存储在本地存储模块206中或存储在存储器模块303中。随后(例如，在2-5秒之后)，可以根据公式(1)使用这些存储的值来计算误差相位值εi，对振荡器11所产生的生成的合成相位值φSYNtn进行调节，以允许表示对应的合成相位值φSYNtn处的振幅值APDn的图在显示和接口模块304上的可视化。

[0096] 可以观察到，根据对于受控频率合成器405的使用额外的功能，获取和处理设备400所接收的AC电压VAC的振幅采样值AACtn、检测到的相位值φACtn和对应的时间戳tn可以被存储在第二本地存储模块406中，以用于振幅值APDn的后验再同步。根据该例子，另一处理单元302计算正弦曲线Sint(图5b)，在以每个脉冲时间戳为中心的时间窗TW(例如，小于5秒)中插值一定数量的AC电压VAC采样，并随后从该计算出来的正弦曲线中获得脉冲角度，即相位值。这种附加的方法需要获取在每个局部放电脉冲之前以及之后的一定数量的采样，因此它不太适合于快速实时操作。根据这种附加的方法，只考虑在给出最佳插值结果的PD脉冲周围的AC采样来计算单个的插值正弦曲线，这是因为电网频率可能具有短的时间偏差，但维持非常规则的平均频率(因此不能从长时间的平均中推导出即时偏差)。

[0097] 申请人已经测试了使用两个同样的板来生成同步时间戳的可能性，该两个同样的板用于实现第一本地时钟205和第二本地时钟404。已经在FPGA(现场可编程门阵列)上实现了每个时钟电路，并且用石英振荡器所生成的50MHz的时钟(与20ns速率的快计数器的增量相对应)对每个时钟电路进行了测试。快计数器的溢出(并且因此再次)被设置为50,000,000。这两个同样的板被一起启动，并且随着时间的推移记录时间斜移。在不根据外部公共参考进行任何校正的情况下，所述仅仅考虑自由运行的振荡器，在1秒中偏差的范围为从60到2400ns。此外，通过采用两个不同的GPS接收器作为时间源800并且使用1PPS信号来校正计数器，偏差几乎被消除，并且在两个振荡器之间维持仅仅大约40ns的固定偏移。同步的质量受到所接收的GPS信号的质量的影响，但是在每种情况中，两个计时器之间的斜移几乎被消除，并且存在仅仅<100ns的偏移。这种实验证实了石英振荡器的足够的短期稳定性以及用外部参考来校正计时器的可能性。计时器还用于生成针对具有已知定时的仿真PD脉冲的时间戳。所获得的值证实了以好于1μs的精度来生成时间戳的系统的可能性。

[0098] 观察到，即使受测的电气对象不允许对AC电压进行本地检测，所描述的局部放电检测系统1000也允许执行所获取的局部放电脉冲与AC电压的同步。此外，使用频率合成器205和所描述的控制技术给出了对适当地与远程检测到的AC电压同步的局部放电脉冲执行实时获取和绘制的可能性。由于所描述的频率合成器205的控制技术并不需要对检测到的AC电压的大量采样进行处理，因此可以用以下网络实现所描述的系统：该网络示出了对数据流的降低的要求(带宽、延迟、完整性、规则性等)以及连接获取和处理设备400和同步检测装置200的网络的低质量/低成本。

标题	发布/更新时间	阅读量
一种智能床垫及控制智能床垫的方法	2020-05-13	800
一种非接触感应供电的椭圆超声加工装置	2020-05-08	308
一种基于超声波的远距离高功率水下无线充电系统	2020-05-13	254
一种电力电缆振荡波局部放电检测电路及其检测方法	2020-05-13	541
一种自航式水下航行器模拟装置及其运动控制方法	2020-05-11	871
一体化换能器的民用超声波燃气表和流量检测方法	2020-05-12	486
一种电力变压器状态监测系统	2020-05-11	583
宠物梳	2020-05-12	55
皮尔斯型电子枪低压激活与测试装置	2020-05-12	668
一种车载空气净化器	2020-05-08	552

采用合成的同步信号的局部放电检测系统和方法

采用合成的同步信号的局部放电检测系统和方法

技术领域

背景技术

发明内容

具体实施方式

该功能需要专业版企业版VIP权限，您可以：